本文選題：天然氣管道　切入點(diǎn)：失效概率　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：管道運(yùn)輸是天然氣輸送的首選方案,在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中占有重要地位。近年來,天然氣管道的高速發(fā)展,雖然給國家工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供了極大的便利,但也給天然氣管道安全距離的合理性設(shè)置提出了新的挑戰(zhàn)。安全距離過大必然造成管道周邊區(qū)域的土地資源浪費(fèi),過小則會增加火災(zāi)爆炸的事故風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)置合理的安全距離對于保障天然氣管道的安全運(yùn)行和人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。目前天然氣管道安全距離標(biāo)準(zhǔn)較少,且多是基于分析國外標(biāo)準(zhǔn)和總結(jié)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)得到的。本文在天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上,提出了基于風(fēng)險(xiǎn)的安全距離計(jì)算方法,該方法綜合考慮事故發(fā)生概率和事故后果嚴(yán)重度,是指導(dǎo)天然氣管道安全距離合理性設(shè)置的有效途徑�；陲L(fēng)險(xiǎn)的天然氣管道安全距離計(jì)算方法,首先在統(tǒng)計(jì)歐美等國家天然氣管道失效數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,分析天然氣管道的風(fēng)險(xiǎn)因素和失效概率數(shù)據(jù),利用貝葉斯理論確定天然氣管道的基礎(chǔ)失效概率,并應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)修正公式對特定管道的基礎(chǔ)失效概率進(jìn)行修正,結(jié)合點(diǎn)火概率分析,建立天然氣管道事故發(fā)生概率計(jì)算模型;其次,通過分析事故后果計(jì)算程序、事故后果類型及事故后果計(jì)算模型,對噴射火和蒸氣云爆炸等事故后果進(jìn)行數(shù)值模擬,并分析壓力、管徑、泄漏尺寸、泄漏方向和風(fēng)速等因素對事故后果的影響;然后,選擇個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會風(fēng)險(xiǎn)作為風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算指標(biāo),建立天然氣管道的定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型,并依據(jù)ALARP原則制定天然氣管道的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn)和社會風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn);在此基礎(chǔ)上,提出基于風(fēng)險(xiǎn)的天然氣管道安全距離計(jì)算方法。另外,為驗(yàn)證基于風(fēng)險(xiǎn)方法的優(yōu)越性,基于最壞可信事故情景分析,提出基于后果的天然氣管道安全距離計(jì)算方法。論文的主要研究內(nèi)容具體如下:(1)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)因素分析與失效等級研究。通過對國內(nèi)外天然氣管道事故案例進(jìn)行分析,確定造成管道失效的重要原因包括施工作業(yè)、腐蝕、管材缺陷、第三方事故、維護(hù)不當(dāng)、土壤移動和錯誤操作等�；趯W洲EGIG、美國PHMSA、英國UPOKA、加拿大AER和我國天然氣管道的事故統(tǒng)計(jì)分析,明確了事故原因及其所占的比例,確定了第三方破壞、內(nèi)腐蝕、外腐蝕、施工缺陷/材料失效和土壤移動等是造成管道失效的最主要原因。在國內(nèi)外事故案例分析和事故統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,總結(jié)了天然氣管道的主要風(fēng)險(xiǎn)因素,包括第三方破壞、腐蝕、誤操作、施工缺陷/材料失效和土壤移動等�；陲L(fēng)險(xiǎn)因素分析,應(yīng)用未確知測度理論對天然氣管道失效等級進(jìn)行評估,為掌握管道危險(xiǎn)等級和識別高風(fēng)險(xiǎn)管段提供了理論依據(jù)。(2)天然氣管道事故發(fā)生概率計(jì)算方法研究。統(tǒng)計(jì)分析歐美等國家的天然氣管道失效數(shù)據(jù)可知:歐洲EGIG推薦的失效概率為0.329×10-3/(km?a),美國PHMSA為0.131×10-3/(km?a),英國UPOKA為0.255×10-3/(km?a)。對于歐洲天然氣管道,小孔/裂紋的失效概率最高,其次是中孔,破裂最小;第三方破壞主要造成中孔失效,其次是小孔/裂縫和破裂;腐蝕主要造成小孔/裂縫失效;施工缺陷/材料失效主要造成小孔/裂縫失效,其次是中孔失效;土壤移動主要造成破裂失效;破裂主要是由第三方破壞造成的,其次是土壤移動�；跉W洲EGIG失效數(shù)據(jù)分析,應(yīng)用貝葉斯更新理論對天然氣管道的基礎(chǔ)失效概率進(jìn)行分析,結(jié)果表明:近年來基礎(chǔ)失效概率總體呈穩(wěn)定下降趨勢,且隨著失效數(shù)據(jù)庫的增大逐漸趨于穩(wěn)定,確定了目前的天然氣管道基礎(chǔ)失效概率為0.39×10-3/(km?a)�；贓GIG歷史失效數(shù)據(jù)庫,分析各失效原因的一級失效概率和二級失效概率,確定了各失效原因的修正參數(shù)和修正公式;根據(jù)各失效原因二級失效概率與一級失效概率的比值,確定了各修正參數(shù)的取值系數(shù),利用修正公式對各失效原因的基礎(chǔ)失效概率進(jìn)行修正,通過求和函數(shù)計(jì)算每單位長度管道的失效概率,應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)修正公式實(shí)現(xiàn)了對特定天然氣管道基礎(chǔ)失效概率的修正。結(jié)合點(diǎn)火概率分析,建立了天然氣管道事故發(fā)生概率計(jì)算模型。(3)天然氣管道事故后果計(jì)算與數(shù)值模擬研究。在確定代表性物質(zhì)、選擇泄漏孔徑、估算可泄漏介質(zhì)總量,確定泄漏速率和泄漏類型等的基礎(chǔ)上,建立了天然氣管道事故后果計(jì)算程序,分析了事故后果類型、事故后果傷害形式、事故后果模型、火災(zāi)熱輻射傷害模型和爆炸沖擊波超壓傷害模型。在選取計(jì)算程序、確定模擬條件的基礎(chǔ)上,對噴射火、蒸氣云爆炸等典型事故后果進(jìn)行數(shù)值模擬,并分析壓力、管徑、泄漏尺寸、泄漏方向、風(fēng)速等因素對事故后果的影響,確定了不同條件下的事故后果影響距離。研究表明:噴射火熱輻射影響距離隨壓力、管徑、泄漏尺寸的增大而增大;隨泄漏方向傾角的減小而增大;下風(fēng)向距離較小時(shí),噴射火熱輻射強(qiáng)度隨風(fēng)速的增大而增強(qiáng),下風(fēng)向距離較大時(shí),噴射火熱輻射強(qiáng)度受風(fēng)速的影響較小。蒸氣云爆炸沖擊波超壓影響距離隨壓力、管徑、泄漏尺寸和大氣穩(wěn)定度等級的增大而增大;隨泄漏方向傾角的減小而增大;下風(fēng)向距離較小時(shí),超壓受風(fēng)速影響較小,下風(fēng)向距離較大時(shí),超壓隨風(fēng)速的減小而增大。相同條件下,噴射火熱輻射比蒸氣云爆炸沖擊波超壓總體上具有更嚴(yán)重的事故后果。(4)天然氣管道定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算與可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究。分析了天然氣管道系統(tǒng)存在的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等,通過對比社會公眾對風(fēng)險(xiǎn)類型的關(guān)注程度,選擇將個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會風(fēng)險(xiǎn)作為天然氣管道定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算和安全距離計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)�；谑鹿拾l(fā)生概率計(jì)算模型和事故后果計(jì)算模型研究,建立了天然氣管道定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算程序、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型和社會風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型。在分析可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的確定原則與方法,以及國內(nèi)外危險(xiǎn)源(包括管道)的可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究成果的基礎(chǔ)上,制定了我國新建管道和在役管道的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn),并確定了1km長度管道的社會風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn)。(5)天然氣管道安全距離計(jì)算方法研究。對天然氣管道安全距離進(jìn)行了相關(guān)說明,明確了安全距離主要關(guān)注熱輻射和超壓的影響,確定了安全距離計(jì)算的兩種方法,即基于風(fēng)險(xiǎn)的方法和基于后果的方法。根據(jù)管道周邊對象的敏感程度和人口密集程度等的不同,確定了安全距離的4類防護(hù)對象類型�；诙匡L(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型和不同防護(hù)對象類型的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn)研究成果,建立了基于風(fēng)險(xiǎn)的天然氣管道安全距離計(jì)算程序和計(jì)算模型。在各失效原因二級失效概率分析的基礎(chǔ)上,提出了風(fēng)險(xiǎn)消減措施,為降低天然氣管道的安全距離要求提供了方向。根據(jù)基于風(fēng)險(xiǎn)的安全距離進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分,結(jié)合個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn)和社會風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn),提出了管道周邊各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的土地利用規(guī)劃建議。通過文獻(xiàn)分析、事故后果模擬與事故后果對比分析等,確定最壞可信事故情景,結(jié)合安全距離設(shè)定準(zhǔn)則,建立了基于后果的天然氣管道安全距離計(jì)算程序和計(jì)算模型,并應(yīng)用于應(yīng)急響應(yīng)區(qū)域劃分,為管道公司或地方政府編制事故應(yīng)急預(yù)案提供理論依據(jù)。(6)在論文研究成果的基礎(chǔ)上,將基于風(fēng)險(xiǎn)的天然氣管道安全距離計(jì)算方法進(jìn)行工程實(shí)例應(yīng)用,分析采取風(fēng)險(xiǎn)消減措施前后實(shí)例管道的安全距離變化,并與基于后果的安全距離計(jì)算方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明:基于后果的方法僅考慮事故后果嚴(yán)重度,所確定的安全距離過大,易造成土地資源浪費(fèi),可行性差�；陲L(fēng)險(xiǎn)的方法綜合考慮了事故發(fā)生概率和事故后果嚴(yán)重度,根據(jù)不同防護(hù)對象類型的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn),確定了不同防護(hù)對象類型的安全距離,能夠有效地將不同對象類型的事故風(fēng)險(xiǎn)控制在可容許范圍內(nèi)。另外,風(fēng)險(xiǎn)消減措施有效地降低了天然氣管道的安全距離要求。因此,基于風(fēng)險(xiǎn)的天然氣管道安全距離計(jì)算方法是科學(xué)的、合理的和可行的,對指導(dǎo)天然氣管道安全距離的合理性設(shè)置和管道周邊區(qū)域土地利用規(guī)劃等具有重要的理論意義和參考價(jià)值。論文的研究工作具有以下創(chuàng)新點(diǎn):(1)基于貝葉斯更新理論,確定了天然氣管道目前的基礎(chǔ)失效概率為0.39×10-3/(km?a)。根據(jù)歐洲EGIG失效數(shù)據(jù)分析,確定了各失效原因的修正參數(shù)、修正公式和取值系數(shù),基于經(jīng)驗(yàn)修正公式,實(shí)現(xiàn)了對特定天然氣管道基礎(chǔ)失效概率的修正。(2)研究并確定了天然氣管道4類防護(hù)對象類型的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn)和1km長度管道的社會風(fēng)險(xiǎn)可容許標(biāo)準(zhǔn)。(3)提出了基于風(fēng)險(xiǎn)的天然氣管道安全距離計(jì)算方法,并提出了風(fēng)險(xiǎn)消減措施,為有效地降低天然氣管道的安全距離要求提供了方向。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE88

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本文編號：1579844